УСТРОЙСТВО ВОЗБУЖДЕНИЯ И СПОСОБ ВОЗБУЖДЕНИЯ ДЛЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ НАГРУЗКИ, В ЧАСТНОСТИ, БЛОКА СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИХ ДИОДОВ Российский патент 2018 года по МПК H05B33/08 

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится к устройству возбуждения и соответствующему способу возбуждения, для возбуждения нагрузки, в частности, блока светоизлучающих диодов (СИДов), содержащего один или несколько СИДов. Дополнительно данное изобретение также относится к осветительному прибору.

Уровень техники

В области средств возбуждения СИДов для автономных приложений, таких, как модернизированные лампы, требуются решения чтобы охватить помимо других уместных особенностей высокую эффективность, высокую плотность мощности, длительный срок службы, высокий коэффициент мощности и низкие затраты. Хотя практически все существующие решения содержат то или иное требование, существенно, чтобы предлагаемые схемы возбуждения надлежащим образом приспосабливали форму энергии электросети, в форму, требуемую СИДами, и удовлетворяя при этом требования современных и предпочтительно будущих нормативных документов по силовым электросетям. Кроме того, требуется, чтобы схемы возбуждения были совместимы с существующими и устаревшими средствами регулирования мощности, например, со средствами регулирования яркости или аналогичными средствами, так чтобы средства возбуждения можно было использовать универсально как модернизированное устройство возбуждения, включающее в себя блоки СИДов.

Схемы возбуждения должны быть совместимыми со средствами регулирования яркости всех типов, а в особенности средства возбуждения должны быть совместимыми со средствами регулирования яркости с отсечкой фазы, которые предпочтительно используются для регулирования мощностей электросетей с низкими потерями мощности. Те средства регулирования яркости, которые изначально были сконструированы для регулирования энергии электросетей, снабжались лампой накаливания, использовавшей тракт с низкоимпедансной нагрузкой нити накаливания для рабочего тока схемы тактирования с целью тактирования отсечки фазы. В альтернативном варианте для непрерывного обеспечения этого тракта соединение и отсоединение этого тракта на протяжении определенной части цикла напряжения электросети также может приводить к стабильной работе средства регулирования яркости. Обеспечение этого низкоимпедансного тракта приходится регулировать относительно пересечения нуля напряжением электросети. Чтобы достичь своевременного обеспечения этого низкоимпедансного тракта, пересечение нуля обычно обнаруживают с помощью схемы возбуждения ламп, когда та находится в высокоимпедансном состоянии. Такое обнаружение пересечения нуля является сложным, приходится принимать трудоемкие меры технического обеспечения, а если с одной схемой регулирования яркости соединяют большое количество блоков СИДов, то трудоемкость мер технического обеспечения увеличивается из-за требуемого увеличения импеданса каждого отдельного блока СИДов.

В документе WO 2009/121956 A1 описан осветительный прибор, содержащий сборку СИДов и выпрямительный блок для соединения блока СИДов со схемой регулирования яркости. Блок СИДов содержит стабилизирующее нагрузочное средство, соединенное параллельно с блоком СИДов, для обеспечения стабилизирующего нагрузочного тока. Блок стабилизирующего нагрузочного средства управляется блоком управления, соединенным с СИДами, для обеспечения стабилизирующего нагрузочного тока во время действия выпрямленного напряжения переменного тока. Этот блок управления сложен, а коэффициент мощности всего осветительного прибора снижается из-за стабилизирующего нагрузочного тока.

В документе US 2012/0056553 A1 описано устройство возбуждения для соединения блока СИДов с устройством для регулирования яркости, при этом предусмотрены два параллельных стабилизирующих нагрузочных резистивных тракта, имеющих разные значения сопротивления, чтобы по-разному регулировать выпрямленное входное напряжение в разных частях цикла напряжения электросети. Поскольку оба стабилизирующих нагрузочных резистивных тракта адаптированы для подключения к напряжению электросети, необходимы высоковольтные компоненты, а поскольку приходится определять фазу напряжения электросети, эта стабилизирующая нагрузочная резистивная схема технически сложна и требует увеличенного количества больших компонентов, так что интеграция этих компонентов невозможна.

Сущность изобретения

Задача данного изобретения состоит в том, чтобы обеспечить устройство возбуждения и соответствующий способ возбуждения для возбуждения нагрузки, в частности, блока СИДов, содержащего один или несколько СИДов, и обеспечивающие совместимость с разными устройствами для регулирования яркости, в частности, со средствами регулирования яркости с отсечкой фазы, предусматривающими принятие лишь несложных технических мер и уменьшенные размеры. Дополнительно, задача данного изобретения состоит в том, чтобы обеспечить соответствующий осветительный прибор.

В соответствии с одним аспектом данного изобретения предложено устройство возбуждения для возбуждения нагрузки, в частности, блока СИДов, содержащего один или несколько СИДов, содержащее:

- входные выводы для приема входного напряжения из внешнего источника питания для питания нагрузки; и

- соединительный блок для соединения входных выводов друг с другом и для обеспечения тракта тока для стабилизирующего нагрузочного тока, причем соединительный блок содержит первый тракт тока для соединения входных выводов в первом направлении тока и второй тракт тока для соединения входных выводов во втором направлении тока, противоположном первому направлению тока, при этом соединительный блок содержит первый блок управления током для управления стабилизирующим нагрузочным током в соединительном блоке, и при этом каждый из первого и второго трактов тока содержит второй блок управления током для управления стабилизирующим нагрузочным током в соответствующем тракте тока.

В соответствии с другим аспектом данного изобретения предложен способ возбуждения для возбуждения нагрузки, в частности, блока СИДов, содержащего один или несколько СИДов, причем способ возбуждения включает в себя этапы, на которых:

- принимают входное напряжение из внешнего источника питания на входных выводах; соединяют входные выводы друг с другом посредством соединительного блока, обеспечивающего первый тракт тока для стабилизирующего нагрузочного тока в направлении тока от первого из входных выводов ко второму из входных выводов, и второй тракт тока для стабилизирующего нагрузочного тока в направлении тока от второго входного вывода к первому входному выводу;

- управляют стабилизирующим нагрузочным током в соединительном блоке посредством первого блока управления током; и

- управляют стабилизирующим нагрузочным током в каждом из трактов тока посредством второго блока управления током.

В соответствии с еще одним аспектом данного изобретения предложен осветительный прибор, который содержит осветительную сборку, содержащую один или несколько осветительных блоков, в частности, блок СИДов, содержащий один или несколько СИДов, и устройство возбуждения для возбуждения осветительной сборки и предложенное в соответствии с данным изобретением.

Предпочтительные варианты осуществления изобретения определены в зависимых пунктах формулы изобретения. Следует понять, что заявляемый способ имеет схожие и идентичные предпочтительные варианты осуществления в виде заявляемого устройства, охарактеризованные в зависимых пунктах формулы изобретения.

Данное изобретение основано на идее обеспечения устройства возбуждения, имеющего высокоимпедансный и низкоимпедансный тракт, причем переключение с высокоимпедансного тракта на низкоимпедансный тракт синхронизировано с циклом источника питания, в частности, с напряжением электросети. Низкоимпедансный тракт обеспечивается после пересечения нуля напряжением электросети. Пересечение нуля не обнаруживается активно, а для разных направлений токов предусматриваются два разных низкоимпедансных тракта, которые могут быть активированы посредством вторых блоков управления током. Следовательно, разные тракты тока можно активировать прежде, чем произойдет пересечение нуля, причем стабилизирующий нагрузочный ток обуславливается характеристикой направления соответствующего тракта тока, включенного после изменения полярности входного напряжения. Следовательно, стабилизирующий нагрузочный ток, включая обнаружение пересечения нуля, можно обеспечить, принимая несложные технические меры. Кроме того, первый блок управления током предусмотрен для того, чтобы блокировать стабилизирующий нагрузочный ток и защищать вторые блоки управления током от высокого входного напряжения с тем, чтобы можно было упростить технические меры по созданию вторых блоков управления током и уменьшить размеры вторых блоков управления. Следовательно, можно упростить технические меры по созданию всего устройства возбуждения, а вторые блоки управления током можно интегрировать в интегральную схему.

В предпочтительном варианте осуществления соединительный блок содержит множество устройств развязки, причем одно устройство развязки связано с каждым из трактов тока для блокировки стабилизирующего нагрузочного тока в соответствующем тракте тока в направлении тока, противоположном направлению тока, для которого обеспечен соответствующий тракт тока. Это простое решение для обеспечения направленных трактов тока и для обеспечения необходимого обнаружения пересечения нуля путем принятия несложных технических мер.

В дополнительном предпочтительном варианте осуществления предусмотрен блок управления для управления вторыми блоками управления током на основе потенциала напряжения, обнаруживаемого в соответствующем тракте тока. Это решение позволяет синхронизировать отводные тракты с полярностью входного напряжения путем принятия несложных технических мер.

В дополнительном предпочтительном варианте осуществления первый блок управления током соединен последовательно с каждым из трактов тока, причем тракты тока соединены параллельно друг с другом. Поэтому первый блок управления током может разрешать и запрещать весь соединительный блок и может защищать вторые блоки управления от высоких напряжений, так что вторые блоки управления током можно обеспечить путем принятия несложных технических мер и можно интегрировать в интегральную схему.

В соответствии с дополнительным предпочтительным вариантом осуществления, устройство возбуждения содержит выпрямительный блок для выпрямления входного напряжения и для подачи выпрямленного напряжения на нагрузку с целью возбуждения нагрузки, причем первый блок управления током соединен с первым выходным узлом выпрямительного блока, а каждый из вторых блоков управления соединен с двумя устройствами развязки выпрямительного блока. Это дает возможность обеспечить направленные тракты тока путем принятия несложных технических мер, поскольку соединительный блок интегрирован в выпрямительный блок, так что устройства развязки выпрямительного блока можно использовать также для направленных трактов тока.

В дополнительном предпочтительном варианте осуществления между вторыми блоками управления током и вторым выходным узлом выпрямительного блока подсоединены устройства развязки, отрегулированные для блокировки стабилизирующего нагрузочного тока в обратном направлении. Это дает возможность проводить стабилизирующий нагрузочный ток ко входным выводам путем принятия несложных технических мер.

В дополнительном предпочтительном варианте осуществления каждое из двух устройств развязки подсоединено последовательно между вторым выходным узлом и одним из входных выводов. Это дает возможность использовать части выпрямительного блока для обеспечения направленных трактов тока и интегрировать соединительный блок в выпрямительный блок путем принятия несложных технических мер.

В дополнительном предпочтительном варианте осуществления между первым блоком управления током и вторым выходным узлом выпрямительного блока подсоединен третий тракт тока, содержащий дополнительный второй блок управления током. Это дает возможность обеспечить дополнительный тракт тока, независимый от полярности, имеющий импеданс, отличающийся от присущего упомянутым двум направленным трактам тока.

В дополнительном предпочтительном варианте осуществления первый блок управления предусмотрен для разрешения протекания стабилизирующего нагрузочного тока в соединительном блоке и/или управления этим током и/или его ограничения, а вторые блоки управления представляют собой управляемые переключатели для разрешения протекания стабилизирующего нагрузочного тока в соответствующем тракте тока. Это решение позволяет быстро разрешать протекание стабилизирующего нагрузочного тока с точным временем переключения, предусматривая принятие несложных технических мер.

В соответствии с дополнительным предпочтительным вариантом осуществления первый блок управления током и вторые блоки управления током соединены друг с другом таким образом, что первый блок управления током активируется для разрешения протекания стабилизирующего нагрузочного тока, если активируется один из вторых блоков управления током и изменяется полярность входного напряжения. Это дает возможность защитить вторые блоки управления током от высокого входного напряжения, так что вторые блоки управления током можно адаптировать для низких напряжений, поскольку протекание стабилизирующего нагрузочного тока разрешается, только если отводной тракт полностью подсоединен.

В дополнительном предпочтительном варианте осуществления каждый из вторых блоков управления содержит два управляемых переключателя, причем первый из двух управляемых переключателей адаптирован к проведению стабилизирующего нагрузочного тока и управляется вторым из двух управляемых переключателей. Это дает возможность уменьшить ток утечки вторых блоков управления током при идентичном поведении переключения соответствующей сборки управляемых переключателей благодаря тому, что второй управляемый переключатель управляет первым управляемым переключателем.

В дополнительном предпочтительном варианте осуществления блок управления адаптирован к активации одного из вторых блоков управления током во время первой половины цикла входного напряжения и к деактивации соответствующего блока управления током во время следующей половины цикла входного напряжения. Благодаря направленным трактам тока, которые обеспечивают стабилизирующий нагрузочный ток лишь в одном направлении тока, пересечение нуля входным напряжением можно легко обнаружить, поскольку стабилизирующий нагрузочный ток начинает течь, когда изменяется полярность входного напряжения. Следовательно блок управления можно обеспечить путем принятия несложных технических мер, так как точное переключение вторых блоков управления не обязательно.

В дополнительном предпочтительном варианте осуществления блок управления адаптирован к управлению блоками управления током на основе фазового угла входного напряжения, обнаруживаемого устройством обнаружения фазовых углов. Это дает возможность выключить соединительное устройство, когда обнаруживается отсечка фазы, а устройство для регулирования яркости подает входное напряжение, внося вклад в напряжение электросети таким образом, что тактирование стабилизирующего нагрузочного тока можно оптимизировать.

В дополнительном предпочтительном варианте осуществления, первый блок управления током представляет собой высоковольтный биполярный транзистор, а вторые блоки управления током представляют собой низковольтные биполярные транзисторы, причем база первого биполярного транзистора смещена посредством вспомогательного источника напряжения. Это дает возможность управлять первым биполярным транзистором посредством вторых биполярных транзисторов, поскольку тракт коллектор - эмиттер смещенного транзистора можно активировать путем управления напряжением эмиттера, которое соответствует напряжению коллектора вторых биполярных транзисторов. Следовательно, первым блоком управления током легко может управлять второй блок управления током, чтобы защитить вторые блоки управления от высоких напряжений внешнего источника напряжения.

Как упоминалось выше, данное изобретение обеспечивает низкоимпедансный тракт тока, зависимый от полярности входного напряжения, путем принятия несложных технических мер, причем низкоимпедансный тракт тока включается после пересечения нуля входным напряжением, что обеспечивает устройство возбуждения, которое совместимо со средством регулирования яркости с отсечкой фазы для модернизированной светодиодной лампы. Благодаря активации соответствующих трактов тока посредством вторых блоков управления током в зависимости от полярности входного напряжения, каждый тракт подготавливается, когда элемент развязки, в частности диод, по-прежнему блокирует соответствующий тракт, а активирует этот тракт после пересечения нуля входным напряжением и соответствующего изменения его полярности. Поскольку в соединительном блоке предусмотрен дополнительный первый блок управления током, вторые блоки управления током в направленных трактах тока можно защитить от высокого входного напряжения, так что вторые блоки управления током можно обеспечить путем принятия несложных технических мер и, в частности, можно интегрировать в интегральную схему для уменьшения габаритов устройства возбуждения.

Краткое описание чертежей

Эти и другие аспекты изобретения станут очевидными и будут разъяснены исходя из варианта (вариантов) осуществления, описываемого (описываемых) ниже. На нижеследующих чертежах:

на фиг.1 показана схематическая блок-схема известного устройства возбуждения для соединения блока СИДов со средством регулирования яркости с отсечкой фазы и предусматривает обнаружение пересечения нуля;

на фиг.2 показана схематическая блок-схема варианта осуществления стабилизирующего нагрузочного средства, зависимого от полярности;

на фиг.3 показаны схематические временные диаграммы выпрямленного напряжения и стабилизирующего нагрузочного тока устройства возбуждения и сигналов управления для управления стабилизирующими нагрузочными резистивными трактами, зависимыми от полярности;

на фиг.4 показана подробная блок-схема дополнительного варианта осуществления стабилизирующего нагрузочного средства, зависимого от полярности; и

на фиг.5 показана схематическая блок-схема дополнительного варианта осуществления стабилизирующего нагрузочного средства, зависимого от полярности и имеющего уменьшенный ток утечки.

Подробное описание изобретения

На фиг.1 показан вариант осуществления известного устройства 10 возбуждения для возбуждения блока 12 СИДов и для подсоединения блока 12 СИДов через устройство 14 регулирования яркости с отсечкой фазы с внешним источником 16 питания, таким, как электросеть. Внешний источник 16 питания подает напряжение V10 переменного тока (например, напряжение электросети) в устройство 14 регулирования яркости. Устройство 14 регулирования яркости представляет собой средство регулирования яркости с отсечкой фазы, содержащее конденсатор 18 и регулируемый резистор 22 для определения момента времени, когда вход устройства 14 регулирования яркости подключается к напряжению V10 электросети. Резистор 22 можно регулировать, задавая фазовый угол, обеспечиваемый устройством 14 регулирования яркости. RC-цепь, образованная конденсатором 18 и резисторами 20, соединена с первым переключающим устройством 24, таким, как симметричный диодный тиристор (динистор), который соединен со вторым переключающим устройством 26, таким, как симметричный триодный тиристор (симистор). Второе переключающее устройство 26 соединено с внешним источником 16 питания и подключает напряжение V10 к выходу устройства 14 регулирования яркости. Когда напряжение на конденсаторе 18 достигает значения включения переключателя 24, первое переключающее устройство 24 проводит импульс тока во второе переключающее устройство 26, которое соединяет внешний источник 16 питания с выходом устройства регулирования яркости и подает напряжение V10 в устройство 10 возбуждения. Следовательно, устройство 14 регулирования яркости отсекает фазу напряжения V10 и подает на свой выходной вывод 28 напряжение отсечки фазы, которое служит в качестве входного напряжения V12 для устройства 10 возбуждения.

Устройство 10 возбуждения содержит выпрямительный блок 30 для выпрямления входного напряжения V12 с получением единичного полярного напряжения V14. Устройство 10 возбуждения дополнительно содержит блок 32 измерения напряжения, соединенный с входным выводом 34 устройства 10 возбуждения, для обнаружения пересечения нуля входным напряжением V12. Устройство 10 возбуждения дополнительно содержит стабилизирующее нагрузочное резистивное устройство 36, включающее в себя управляемый переключатель 38 и резистор 40. Стабилизирующее нагрузочное резистивное устройство 36 обеспечивает тракт тока для выпрямительного блока 30 путем переключения управляемого переключателя 38, причем стабилизирующее нагрузочное резистивное устройство 36 активируется посредством пересечения нуля, а обнаружение отсечки фазы осуществляется блоком 32 измерения напряжения, который управляет управляемым переключателем 38 посредством сигнала управления. Следовательно, стабилизирующее нагрузочное резистивное устройство 36 можно активировать или деактивировать в течение некоторых периодов времени посредством блока 32 измерения напряжения.

Следовательно, устройство 10 возбуждения обнаруживает пересечение нуля входным напряжением V12 и активирует стабилизирующее нагрузочное резистивное устройство 36 посредством управляемого переключателя 38 для обеспечения стабилизирующего нагрузочного тока и непрерывного тракта тока к устройству 14 регулирования яркости.

В общем случае, устройство 10 возбуждения согласовано с устройством 14 регулирования яркости за счет обеспечения непрерывного тракта тока, частично непрерывного во времени, через устройство 10 возбуждения к устройству 14 регулирования яркости, однако пересечение нуля напряжением V12 приходится измерять посредством блока 32 измерения напряжения, что ограничивает осуществимый импеданс в высокоимпедансном состоянии. В частности, если множество устройств возбуждения соединены со средством 14 регулирования яркости, то каждый из блоков 32 измерения напряжения в каждом устройстве возбуждения нагружает средство регулирования яркости и поэтому нежелательным образом уменьшает общий импеданс. Чтобы компенсировать это, приходится для каждого блока 32 измерения напряжения предусматривать очень большой входной импеданс. Следовательно, это известное устройство 10 возбуждения является технически сложным и дорогостоящим для изготовления модернизированной светодиодной лампы.

На фиг.2 показана схематическая блок-схема согласно варианту осуществления данного изобретения. Идентичные элементы обозначены идентичными позициями, при этом подробно будут поясняться только отличия от схемы, показанной на фиг.1.

Устройство 50 возбуждения соединено с выходным выводом 28 устройства 14 регулирования яркости, чтобы принимать напряжение отсечки фазы в качестве входного напряжения V12. Входной вывод устройства 14 регулирования яркости соединен с электросетью 16, а узел 29 подключен к нейтрали или нулевому потенциалу электросети 16. Устройство 50 возбуждения соединено с блоком 12 СИДов, который содержит блок 52 возбуждения СИДов и СИД 54.

Устройство 50 возбуждения подает ток I₁ нагрузки на нагрузку 12 для возбуждения нагрузки 12. Устройство 50 возбуждения содержит выпрямительный блок 56, соединенный с выходными выводами 28, 29 устройства 14 регулирования яркости для выпрямления входного напряжения V12 с целью обеспечения выпрямленного однополярного напряжения V14 и однополярного тока I₁ нагрузки для возбуждения нагрузки 12. Выпрямительный блок 56 содержит множество диодов 58, 60, 62, 64 для выпрямления входного напряжения V12 и для подачи выпрямленного напряжения V14 на нагрузку 12. Устройство 50 возбуждения дополнительно содержит соединительный блок 66 или стабилизирующее нагрузочное средство 66, зависимое от полярности, соединенное с выпрямительным блоком 56, чтобы включить стабилизирующий нагрузочный резистивный тракт, как описано ниже. Стабилизирующее нагрузочное средство 66, зависимое от полярности, включает тракт тока между входным выводом 28 и узлом 29, и на основании полярности будет проявляться высокий или низкий импеданс, для устройства 14 регулирования яркости путем разрешения или запрещения протекания стабилизирующего нагрузочного тока I₂. Выпрямительный блок 56 содержит первый выходной вывод 68 и второй выходной вывод 70 для соединения выпрямительного блока 56 с блоком 52 возбуждения СИДов.

Стабилизирующее нагрузочное средство 66, зависимое от полярности, соединено с выпрямительным блоком 56, чтобы обеспечить низкоимпедансный тракт для соединения входного вывода 28 и узла 29 друг с другом и разрешения протекания стабилизирующего нагрузочного тока I₂ с целью обнаружения пересечения нуля после состояния блокировки блока 52 возбуждения СИДов. Стабилизирующее нагрузочное средство 66, зависимое от полярности, содержит первый блок 72 управления током, соединенный с первым выходным выводом 68 и два стабилизирующих нагрузочных резистивных тракта 74, 76, зависимых от полярности, каждый из которых соединен через резистор 78 с первым блоком 72 управления током. Каждый из стабилизирующих нагрузочных резистивных трактов 74, 76, зависимых от полярности, содержит один второй блок 80, 82 управления током, который предпочтительно выполнен в виде управляемого переключателя 80, 82, чтобы активировать соответствующий стабилизирующий нагрузочный резистивный тракт 74, 76, зависимый от полярности, и разрешить протекание стабилизирующего нагрузочного тока I₂. Каждый из вторых блоков 80, 82 управления током обоих стабилизирующих нагрузочных резистивных трактов 74, 76, зависимых от полярности, соединен с диодом 84, 86, который соединен со вторым выходным выводом 70. Каждый из вторых блоков 80, 82 управления током соединен со входными выводами 28, 29 через один из диодов 62, 64 выпрямительного блока 56, соответственно. Каждый из диодов 84, 86 отрегулирован в обратном направлении, так что стабилизирующий нагрузочный ток I₂ блокируется в направлении ко второму выходному выводу 70. Диоды 62, 64 направлены в прямом направлении, так что стабилизирующий нагрузочный ток I₂ можно подавать из стабилизирующего нагрузочного средства 66, зависимого от полярности, на каждый из входных выводов 28, 29, соответственно.

Каждый из вторых блоков 80, 82 управления током управляется сигналом 88, 90 управления на основе потенциала напряжения, измеряемого между диодами 64 и 84 или 62 и 86, соответственно. Первый блок 72 управления током предпочтительно представляет собой управляемый переключатель или управляемый резистор, которым можно управлять сигналом управления. Первый блок 72 управления током соединяет и разъединяет стабилизирующие нагрузочные резистивные тракты 74, 76, зависимые от полярности, с соответствующим входным выводом 28, 29, и таким образом со входным напряжением V12. Первый блок 72 управления током сконструирован для высокого напряжения, например, напряжения электросети, и предусмотрен для защиты вторых блоков 80, 82 управления током и диодов 84 и 86 от входного напряжения V12. Следовательно, вторые блоки 80, 82 управления током и диоды 84 и 86 могут быть сконструированы для низкого напряжения.

Диоды 64, 84, которые связаны со стабилизирующим нагрузочным резистивным трактом 74, зависимым от полярности, и диоды 62, 86, которые связаны со стабилизирующим нагрузочным резистивным трактом 76, зависимым от полярности, разрешают протекание стабилизирующего нагрузочного тока I₂ лишь при одной полярности входного напряжения V12. Поэтому протекание стабилизирующего нагрузочного тока I₂ разрешается лишь, если соответствующий управляемый переключатель 80, 82 замкнут, а входное напряжение V12 имеет соответствующую полярность.

Во время работы устройства 50 возбуждения один из вторых блоков 80, 82 управления током активируются во время первого полупериода входного напряжения V12 переменного тока, так что связанные с ними диоды 64, 84 и 62, 86 соответственно блокируют стабилизирующий нагрузочный ток I₂. Вскоре после изменения полярности, которое указывает на пересечение нуля входным напряжением V12, соответствующий диод 64, 62 начинает проводить и предварительно разрешает протекание тока по соответствующему тракту 74, 76 тока, а первый блок 72 управления током активируется. Следовательно, обеспечиваемый таким образом низкоимпедансный тракт стабилизирующего нагрузочного средства 66, зависимого от полярности, разрешает протекание стабилизирующего нагрузочного тока I₂ и приложение тока нагрузки или создание импеданса между входным выводом 28 и узлом 29. После обнаружения фазы отсечки входного напряжения V12, соответствующий второй блок 80, 82 управления током и первый блок 72 управления током деактивируются. Ток I₁ нагрузки может быть подан на нагрузку 12 для питания нагрузки. Следовательно, протекание стабилизирующего нагрузочного тока I₂ разрешается после пересечение нуля входным напряжением V12, чтобы обеспечить низкоимпедансный тракт для схемы тактирования средства регулирования яркости, что требуется для работы должным образом устройству 14 регулирования яркости.

Поскольку первый блок 72 управления током активируется лишь после обнаружения пересечения нуля, вторые блоки 80, 82 управления током и связанные с ними диоды 84, 86 защищены и могут быть сконструированы как устройства низкого напряжения.

На фиг.3 показаны схематические временные диаграммы выпрямленного напряжения V14, стабилизирующего нагрузочного тока I₂, сигналов 88, 90 управления, а также обнаружения пересечения нуля для трех полупериодов входного напряжения V12.

На фиг.3a выпрямленное напряжение V14 показано как выпрямленное напряжение входного напряжения V12. Выпрямленное напряжение V14 содержит фронт 94, обеспечиваемый устройством 14 регулирования яркости, как упоминалось выше, причем выпрямленное напряжение V14 быстро увеличивается на фронте 94. Выпрямленное напряжение V14 равно нулю в моменты t₁ t₂ и t₃, соответствующие пересечению нуля или изменению полярности входного напряжения V12 или напряжения V10 электросети.

На фиг.3c и d показаны сигналы 88, 90 управления, соответствующие времени активации соответствующего второго блока 80, 82 управления током. Функция стабилизирующего нагрузочного средства 66, зависимого от полярности, описана в качестве примера на основе сигнала 90 управления, возбуждающего управляемый переключатель 82. Управляемый переключатель 82 замыкается в момент t_вкл перед пересечением нуля в момент t₁, при этом стабилизирующий нагрузочный ток I₂ остается нулевым, поскольку диоды 62 и 86 блокируют стабилизирующий нагрузочный ток I₂ для этого направления полярности входного напряжения V12. После того, как входное напряжение V12 стало равным нулю или изменилась полярность входного напряжения V12 в момент t₁, диод 62 проводит, а первый блок 72 управления током активирует стабилизирующее нагрузочное средство 66, зависимое от полярности.

После пересечения нуля в момент t₁, стабилизирующий нагрузочный ток I₂ медленно увеличивается до тех пор, пока не достигается фронт 94. Когда достигается фронт 94, стабилизирующий нагрузочный ток I₂ быстро увеличивается благодаря быстрому нарастанию выпрямленного напряжения V14. В момент t_выкл управляемый переключатель 82 размыкается, а первый блок 72 управления током отсоединяет стабилизирующее нагрузочное средство 66, зависимое от полярности, так что стабилизирующий нагрузочный ток I₂ быстро снижается до нуля.

Следовательно, соответствующие стабилизирующие нагрузочные резистивные тракты 74, 76, зависимые от полярности, активируются в момент t_вкл перед пересечением нуля в момент t₁, и диоды 62, 86 при этом блокируют стабилизирующий нагрузочный ток I₂, а протекание и рост стабилизирующего нагрузочного тока I₂ разрешаются после пересечение нуля входным напряжением V12 в момент t₁. В момент t_выкл, управляемый переключатель 82 размыкается, а первый блок 72 управления током соответственно отсоединяет стабилизирующее нагрузочное средство 66, зависимое от полярности, чтобы защитить от входного напряжения V12 управляемый переключатель 82 низкого напряжения. Следовательно, стабилизирующее нагрузочное средство 66, зависимое от полярности, может автоматически обнаруживать пересечение нуля и автоматически разрешать протекание стабилизирующего нагрузочного тока I₂, если это желательно.

На фиг.4 показана детальная блок-схема устройства 50 возбуждения в дополнительном варианте осуществления. Идентичные элементы обозначены идентичными позициями, при этом подробно будут поясняться только отличия.

Первый блок 72 управления током выполнен как биполярный транзистор, причем коллектор соединен с первым выходным выводом 68 выпрямительного блока 56, при этом эмиттер соединен через резистор 78 с двумя стабилизирующим нагрузочным резистивными трактами 74, 76, зависимыми от полярности. База биполярного транзистора 72 соединена со вспомогательным источником 96 напряжения, который выдает постоянное вспомогательное напряжения V16, чтобы обеспечить постоянное напряжение смещения для базы. Вспомогательный источник 96 напряжения также соединен со вторым выходным выводом 70 как опорный потенциал.

Каждый из двух вторых блоков 80, 82 управления током выполнен как биполярный транзистор, причем каждый из эмиттеров соединен через резистор 78 с первым биполярным транзистором 72, а каждый из коллекторов соединен с выпрямительным блоком 56 между диодами 64 и 84 или 62 и 86, соответственно. Каждый из вторых биполярных транзисторов 80, 82 соединен с блоком 98, 100 управления, который обеспечивает соответствующий сигнал 88, 92 управления, чтобы переключать вторые биполярные транзисторы 80, 82 и соответственно активировать соответствующие стабилизирующие нагрузочные резистивные тракты 74, 76, зависимые от полярности. Блоки 98, 100 управления соединены с базой и коллектором соответствующего второго биполярного транзистора 80, 82, соответственно, чтобы управлять вторыми биполярными транзисторами 80, 82 на основе потенциала напряжения на выпрямительном блоке 56, в частности на основе потенциала напряжения на соответствующем диоде 62, 64.

Параллельно стабилизирующим нагрузочным резистивным трактам 74, 76, зависимым от полярности, может быть предусмотрен третий стабилизирующий нагрузочный резистивный тракт, чтобы соединить резистор 78 непосредственно со вторым выходным выводом 70.

Во время работы устройства 50 возбуждения блок 52 возбуждения СИДов будет входить в фазу отсоединения и будет образовывать высокоимпедансный тракт. Вместе с тем, после следующего пересечения нуля входным напряжением V12, устройству 50 возбуждения придется обеспечить низкоимпедансный тракт, чтобы гарантировать надлежащее функционирование устройства 14 регулирования яркости. В течение половины цикла входного напряжения V12, когда диоды 60, 62 и 86 проводят или прямо смещены, биполярный транзистор 80 переключается в момент t_вкл, а биполярный транзистора 82 остается выключенным. Во время этой фазы стабилизирующий нагрузочный ток I₂ является нулевым, поскольку диоды 64 и 84 находятся в блокирующем состоянии или обратно смещены. Напряжение на коллекторе биполярного транзистора 80 и напряжение эмиттера биполярного транзистора 80 почти равны вспомогательному напряжению V16, так что напряжение база - эмиттер биполярного транзистора 72 является почти нулевым, а биполярный транзистор 72 находится в блокирующем или непроводящем состоянии. Следовательно, биполярный транзистор 72, который является устройством высокого напряжения, защищает биполярные транзисторы 80, 82 низкого напряжения и соответствующие диоды от входного напряжения V12. Вскоре после пересечения нуля в момент t₁, диод 64 начинает проводить или оказывается прямо смещенным. Напряжение эмиттера биполярного транзистора 80 упадет, так что напряжение эмиттера биполярного транзистора 72 тоже упадет. Поскольку биполярный транзистор 72 смещен посредством вспомогательного напряжения V16, биполярный транзистор 72 начнет проводить и разрешит протекание стабилизирующего нагрузочного тока I₂. Следовательно, стабилизирующее нагрузочное средство 66, зависимое от полярности, обеспечивает низкоимпедансный тракт и разрешает протекание стабилизирующего нагрузочного тока I₂ сразу же после пересечения нуля напряжением V10 электросети. Поскольку первый блок 72 управления током представляет собой устройство высокого напряжения и проводит лишь, если один из вторых блоков 80, 82 управления током, являющихся блоками низкого напряжения, находится в проводящем состоянии, первый блок 72 управления током может защитить вторые блоки 80, 82 управления током от высоких напряжений. Иными словами, первый биполярный транзистор 72 управляется через эмиттер посредством вторых биполярных транзисторов 80, 82. Биполярный транзистор 80 выключается в момент t_выкл после увеличения стабилизирующего нагрузочного тока I₂ после достижения фронта 94, чтобы обеспечить ток I₁ нагрузки для питания нагрузки 12.

Биполярный транзистор 82 включается после выключения биполярного транзистора 80 и обеспечивает стабилизирующий нагрузочный ток I₂ сразу же после следующего пересечения нуля входным напряжением V12.

Следовательно, первый блок 72 управления током, который выполнен как биполярный транзистор 72, управляется через эмиттер посредством вторых блоков 80, 82 управления или диодов 64, 62, соответственно, поскольку база биполярного транзистора 72 смещена посредством вспомогательного напряжения V16, которое в типичном случае находится в диапазоне между значениями 5 и 12 вольт.

Поскольку вторые блоки 80, 82 управления защищены от высокого напряжения и могут быть сконструированы как устройства низкого напряжения, вторые блоки 80, 82 управления могут быть интегрированы в интегральную схему, чтобы сэкономить затраты и место.

На фиг.5 показан дополнительный вариант осуществления устройства 50 возбуждения, имеющего сниженный ток утечки. Идентичные элементы обозначены идентичными позициями, при этом подробно будут поясняться только отличия.

Вторые блоки 80, 82 управления, выполненные в виде биполярного транзистора 80, 82, имеют ток утечки во время фазы блокировки, что может повлиять на таймер средства 14 регулирования яркости с отсечкой фазы. Ток утечки весьма зависим от коэффициента усиления по току соответствующего биполярного транзистора, а этот коэффициент представляет собой соотношение тока коллектора и тока базы. Поскольку эти биполярные транзисторы должны проводить, это обуславливает наличие тока базы и коллектора биполярного транзистора 72 во время фазы проводимости. Чтобы снизить ток утечки биполярных транзисторов 80, 82, с этими биполярными транзисторами 80, 82 соответственно связан управляющий транзистор 102, 104, чтобы снизить ток эмиттер - база как ток утечки. Во время фазы, когда один из биполярных транзисторов 80, 82 активируется, а диоды 62, 64 по-прежнему находятся в блокирующем состоянии перед соответствующим пересечением нуля, и когда диод 62, 64 проводит после пересечение нуля, коллектор соответствующего управляющего транзистора будет возбуждать базу соответственно соединенного биполярного транзистора 80, 82. Следовательно, ток утечки, т.е., ток база - эмиттер вторых биполярных транзисторов 80, 82 можно уменьшить путем принятия несложных технических мер, а управляющие транзисторы 102, 104 тоже можно интегрировать в ИС вместе с биполярными транзисторами 80, 82. Управляющие транзисторы 102, 104 предпочтительно являются биполярными плоскостными транзисторами низкого напряжения.

Стабилизирующее нагрузочное средство 66, зависимое от полярности, показанное на фиг.5, также содержит третий стабилизирующий нагрузочный резистивный тракт 106, выполненный как биполярный транзистор 108, и блок 110 управления для соединения первого блока 72 управления током со вторым выходным выводом 70, чтобы обеспечить дополнительный стабилизирующий нагрузочный резистивный тракт. Третий стабилизирующий нагрузочный резистивный тракт 106 также может быть встроен в интегральную схему.

Третий стабилизирующий нагрузочный резистивный тракт 106 воплощают опционально, и его можно предусмотреть в любом из вариантов осуществления данного изобретения.

Следует понять, что блоки 98, 100, 110 управления можно предусмотреть в виде единственного блока управления, имеющего разные выходные выводы управления и разные входные выводы, и тоже можно объединить в интегральной схеме с биполярными транзисторами 80, 82, 102, 104.

Устройство 50 возбуждения предпочтительно используется для осветительных сборок, но его можно использовать для всех электронных устройств низкой мощности, которые соединены с (устаревшим) устройством 14 для регулирования яркости, работающим по переднему фронту.

Хотя изобретение проиллюстрировано на чертежах и подробно описано в вышеизложенном описании, такое иллюстрирование и описание следует считать демонстративным или возможным, а не ограничительным; изобретение не ограничивается описанными вариантами осуществления. Специалисты, практикующие в данной области техники, смогут понять и воплотить другие разновидности описанных вариантов осуществления, изучив чертежи, описание и прилагаемую формулу изобретения.

В формуле изобретени, слово «содержащий (-ая, -ее, -ие)» не исключает другие элементы или этапы, а признак единственного числа не исключает множество. Единственный элемент или –другой блок может выполнять функцию нескольких, приводимых в формуле изобретения. Тот факт, что некоторые меры приводятся во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, сам по себе не указывает, что нельзя с выгодой использовать комбинацию этих мер.

Любые позиции в формуле изобретения не следует считать ограничивающими ее объем.

Изобретение относится к устройству возбуждения и соответствующему способу возбуждения для возбуждения нагрузки, в частности, блока светоизлучающих диодов (СИДов), содержащего один или несколько СИДов. Техническим результатом является обеспечение совместимости с разными устройствами для регулирования яркости, в частности со средствами регулирования яркости с отсечкой фазы. Результат достигается тем, что устройство (50) возбуждения для возбуждения нагрузки (12), в частности, блока (12) СИДов, имеющего один или несколько СИДов (54), содержит входные выводы (28, 29) для приема входного напряжения (V12) из внешнего источника (16) питания для питания нагрузки (12) и соединительный блок (66) для соединения входных выводов (28, 29) друг с другом и для обеспечения тракта (74, 76) тока для стабилизирующего нагрузочного тока (I₂), причем соединительный блок (66) содержит первый тракт (74) тока для соединения входных выводов (28, 29) в первом направлении тока и второй тракт (76) тока для соединения входных выводов (28, 29) во втором направлении тока, противоположном первому направлению тока, при этом соединительный блок (66) содержит первый блок (72) управления током для управления стабилизирующим нагрузочным током (I₂) в соединительном блоке (66), и при этом каждый из первого и второго трактов (74, 76) тока содержит второй блок (80, 82) управления током для управления стабилизирующим нагрузочным током (I₂) в соответствующем тракте (74, 76) тока. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Устройство (50) возбуждения для возбуждения нагрузки (12), в частности, блока (12) СИДов, содержащего один или несколько СИДов (54), содержащее:

входные выводы (28, 29) для приема входного напряжения (V12) из внешнего источника (16) питания для питания нагрузки (12); и

соединительный блок (66) для соединения входных выводов (28, 29) друг с другом и для обеспечения тракта (74, 76) тока для стабилизирующего нагрузочного тока (I₂), причем соединительный блок (66) содержит первый тракт (74) тока для соединения входных выводов (28, 29) в первом направлении тока и второй тракт (76) тока для соединения входных выводов (28, 29) во втором направлении тока, противоположном первому направлению тока, при этом соединительный блок (66) содержит первый блок (72) управления током для управления стабилизирующим нагрузочным током (I₂) в соединительном блоке (66), и при этом каждый из первого и второго трактов (74, 76) тока содержит второй блок (80, 82) управления током для управления стабилизирующим нагрузочным током (I₂) в соответствующем тракте (74, 76) тока.

2. Устройство возбуждения по п. 1, в котором соединительный блок (66) содержит множество устройств (58, 60, 62, 64, 84, 86) развязки, причем одно устройство (58, 60, 62, 64, 84, 86) развязки связано с каждым из трактов (74, 76) тока для блокировки стабилизирующего нагрузочного тока в соответствующем тракте (74, 76) тока в направлении тока, противоположном направлению тока, для которого обеспечен соответствующий тракт (74, 76) тока.

3. Устройство возбуждения по п.1, в котором предусмотрен блок управления для управления вторыми блоками (98, 100) управления током на основе потенциала напряжения, обнаруживаемого в соответствующем тракте (74, 76) тока.

4. Устройство возбуждения по п.1, в котором первый блок (72) управления током соединен последовательно с каждым из трактов (74, 76) тока, причем тракты (74, 76) тока соединены параллельно друг с другом.

5. Устройство возбуждения по п.1, причем это устройство (50) возбуждения содержит выпрямительный блок (56) для выпрямления входного напряжения (V12) и для подачи выпрямленного напряжения (V14) на нагрузку для возбуждения нагрузки (12), причем первый блок (72) управления током соединен с первым выходным узлом (68) выпрямительного блока (56), а каждый из вторых блоков (80, 82) управления током соединен с двумя устройствами (84, 86) развязки выпрямительного блока.

6. Устройство возбуждения по п.5, в котором устройства (84, 86) развязки подсоединены между вторыми блоками (80, 82) управления током и вторым выходным узлом (70) выпрямительного блока (56) и отрегулированы для блокировки стабилизирующего нагрузочного тока (I₂) в обратном направлении.

7. Устройство возбуждения по п.5, в котором каждое из двух устройств (62, 64, 84, 86) развязки подсоединено последовательно между вторым выходным узлом (70) и одним из входных выводов (28, 29).

8. Устройство возбуждения по п.5, в котором между первым блоком (72) управления током и вторым выходным узлом (70) выпрямительного блока (56) подсоединен третий тракт (106) тока, содержащий второй блок (108) управления током.

9. Устройство возбуждения по п.1, в котором первый блок (72) управления током предусмотрен для разрешения протекания стабилизирующего нагрузочного тока (I₂) в соединительном блоке (66) и/или управления этим током, а вторые блоки (80, 82) управления током представляют собой управляемые переключатели (74, 76) для разрешения протекания стабилизирующего нагрузочного тока (I₂) в соответствующем тракте (74, 76) тока.

10. Устройство возбуждения по п.1, в котором первый блок (72) управления током и вторые блоки (80, 82) управления током соединены друг с другом таким образом, что первый блок (72) управления током активируется для разрешения протекания стабилизирующего нагрузочного тока (I₂), если активируется один из вторых блоков (80, 82) управления током и изменяется полярность входного напряжения (V12).

11. Устройство возбуждения по п.1, в котором каждый из вторых блоков (80, 82) управления содержит два управляемых переключателя (80, 82, 102, 104), причем первый из двух управляемых переключателей (80, 82) адаптирован к проведению стабилизирующего нагрузочного тока (I₂) и управляется вторым из двух управляемых переключателей (102, 104).

12. Устройство возбуждения по п.3, в котором блок (98, 100) управления адаптирован к активации одного из вторых блоков (80, 82) управления током во время первой половины цикла входного напряжения (V12) и к деактивации соответствующего блока (80, 82) управления током во время следующей половины цикла входного напряжения (V12).

13. Устройство возбуждения по п.3, в котором блок (98, 100) управления адаптирован к управлению блоками (80, 82) управления током на основе фазового угла входного напряжения (V12), обнаруживаемого устройством обнаружения фазовых углов.

14. Способ возбуждения для возбуждения нагрузки (12), в частности, блока (12) СИДов, содержащего один или несколько СИДов (54), причем способ возбуждения включает в себя этапы, на которых:

принимают входное напряжение (V12) из внешнего источника (16) питания на входных выводах (28, 29),

соединяют входные выводы (28, 29) друг с другом посредством соединительного блока (66), обеспечивающего первый тракт (74) тока для стабилизирующего нагрузочного тока (I₂) в направлении тока от первого из входных выводов (28, 29) ко второму из входных выводов (28, 29), и второй тракт (76) тока для стабилизирующего нагрузочного тока (I₂) в направлении тока от второго к первому входному выводу (28, 29);

управляют стабилизирующим нагрузочным током (I₂) в соединительном блоке (66) посредством первого блока (72) управления током; и

управляют стабилизирующим нагрузочным током (I₂) в каждом из трактов (74, 76) тока посредством второго блока управления током (80, 82).

15. Осветительный прибор (10), содержащий:

осветительную сборку, содержащую один или несколько осветительных блоков, в частности блок (12) СИДов, содержащий один или несколько СИДов (54); и

устройство (50) возбуждения для возбуждения упомянутой осветительной сборки по любому из пп.1-13.